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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spindelantrieb für ein Verschlusselement eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Verschlusselementanordnung eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 9.
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Der in Rede stehende Spindelantrieb kann für alle möglichen Verschlusselemente eines Kraftfahrzeugs Anwendung finden. Beispiele hierfür sind eine Klappe, insbesondere eine Heckklappe, ein Heckdeckel, eine Motorhaube, eine Seitentür, eine Laderaumklappe, ein Hubdach o. dgl. eines Kraftfahrzeugs.
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Ein bekannter Spindelantrieb (
DE 20 2009 006 216 U1 ), von dem die Erfindung ausgeht, dient der Verstellung einer Heckklappe eines Kraftfahrzeugs. Der Spindelantrieb ist mit einem Antriebsmotor und einem dem Antriebsmotor nachgeschalteten Spindel-Spindelmutter-Getriebe zur Erzeugung von Antriebsbewegungen ausgestattet. Zum Ausleiten der Antriebsbewegungen sind zwei Anschlüsse vorgesehen, die mittels einer Schraubendruckfeder gegeneinander vorgespannt sind.
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Bei dem bekannten Spindelantrieb ist die Spindelmutter mit einem Führungsrohr verbunden, das einerseits der Führung der durch die Spindelmutter hindurch ragenden Spindel dient und das andererseits über eine Führungshülse der Führung einer der Schraubendruckfedern dient. Die Schraubendruckfeder weist hier Federwindungen unterschiedlichen Durchmessers auf, um entlang der Spindellängsachse die Schraubendruckfeder an die im Spindelantrieb herrschenden geometrischen Gegebenheiten anpassen zu können.
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Bei der Verstellung des bekannten Spindelantriebs insbesondere in die eingefahrene Stellung ist trotz der speziellen Form der Schraubendruckfeder ein jedenfalls geringfügiges seitliches Ausbeulen der Schraubendruckfeder zu beobachten, das bei der obigen Schraubendruckfeder über die Führungshülse abgefangen wird. Dies wird dadurch hervorgerufen, dass aufgrund notwendiger Toleranzen und somit Spiel im Spindelantrieb die Schraubendruckfeder nicht durchgehend am Führungsrohr und dem mit der Spindelmutter drehfest verbundenen Abtriebsrohr anliegt. Während des Ausspindelns bzw. Einspindelns des Spindelantriebs wird die Schraubendruckfeder entsprechend expandiert bzw. komprimiert, wodurch sich die Feder windet bzw. schlängelt und im Spindelantrieb von einer Seite zur anderen Seite des Abtriebsrohrs umschlagen kann. Dabei entsteht ein knackendes Geräusch, was vom Benutzer als Komforteinbuße betrachtet wird.
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Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, den bekannten Spindelantrieb derart auszugestalten und weiterzubilden, dass das Zusammenspiel zwischen der Schraubendruckfeder und dem Spindelantrieb im übrigen optimiert wird.
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Das obige Problem wird bei einem Spindelantrieb gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
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Wesentlich ist die Erkenntnis, dass durch die Ausstattung der Schraubendruckfeder mit einer oder mehreren Federwindungen mit variierendem Windungsradius innerhalb der Federwindung eine bessere Anpassung der Schraubendruckfeder an die im Spindelantrieb herrschenden geometrischen Gegebenheiten und insbesondere Toleranzen möglich ist. Vom Benutzer als unangenehm empfundene Geräusche können dadurch vermieden werden. Ein weiterer Vorteil der besonderen geometrischen Gestalt der Schraubendruckfeder ist, dass ein Versagen des Spindelantriebs durch aufquellende Rohre oder Temperaturveränderungen, was im Stand der Technik ein Verklemmen der Schraubendruckfeder zur Folge haben kann, vermieden werden kann.
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Der Begriff „Radius“ bzw. „Windungsradius“ ist hier weit zu verstehen. So kann der Windungsradius im Sinne der vorschlagsgemäßen Lösung auch unendlich kleine Werte oder unendliche große Werte annehmen. Weist eine Federwindung in einem Abschnitt einen unendlich kleinen Windungsradius auf, so ist darunter ein Knick bzw. eine Ecke zu verstehen, wohingegen unter einem Abschnitt mit einem unendlich großen Windungsradius ein Abschnitt mit einem geraden Verlauf zu verstehen ist.
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Mit einer „Federwindung“ ist ein vollständiger Umlauf des Federdrahtes der Schraubendruckfeder gemeint. Entsprechend kann eine Federwindung einer Schraubendruckfeder auch mehrere Schleifen aufweisen, wobei die Federwindung erst an einer Stelle endet, an der ihr Verlauf, in Axialrichtung betrachtet, dem Verlauf der nächsten Federwindung entspricht.
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Die mindestens eine Federwindung weist nach der Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 mindestens zwei Abschnitte, insbesondere mindestens drei Abschnitte, mit einem größeren Windungsradius und dazwischenliegende Abschnitte mit einem kleineren Windungsradius auf. Bevorzugt haben die Abschnitte mit dem größeren Windungsradius alle denselben Windungsradius und/oder dieselbe Krümmung, und/oder, haben die Abschnitte mit dem kleineren Windungsradius alle denselben Windungsradius und/oder dieselbe Krümmung.
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Die Ansprüche 3 und 4 definieren verschiedene Verläufe der mindestens einen Federwindung. Dabei kann sich der Windungsradius insbesondere periodisch abwechseln (Anspruch 3), bevorzugt in regelmäßigen Winkelabständen von 120°. Besonders bevorzugt hat die mindestens eine Federwindung, in einer axialen Draufsicht, den Verlauf einer Hypotrochoide. Eine Hypotrochoide ist eine besondere Form einer Zykloide, auch Rollkurve genannt. Es handelt sich dabei um die Bahn, die ein Kreispunkt beim Abrollen eines Kreises an der Innenseite eines feststehenden Kreises erzeugt. Die für den Windungsverlauf einer Schraubendruckfeder für die vorgenannten Zwecke besonders geeignete Hypotrochoide weist mindestens drei Selbstschnittpunkte, insbesondere genau drei Selbstschnittpunkte, auf. Grundsätzlich kann aber auch der Verlauf einer Hypotrochoide, die keine Selbstschnittpunkte aufweist, gewählt werden.
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Besonders bevorzugte Ausgestaltungen eines Spindelantriebs sind in den Ansprüchen 5 und 6 beschrieben.
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Die Ansprüche 7 und 8 definieren bevorzugte Möglichkeiten, die vorschlagsgemäß vorgesehene Schraubendruckfeder im Spindelantrieb anzuordnen.
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Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 9, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Verschlusselementanordnung eines Kraftfahrzeugs mit einem mittels des Spindelantriebs motorisch verstellbaren Verschlusselement beansprucht.
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Wesentlich nach der weiteren Lehre ist, dass mindestens ein vorschlagsgemäßer Spindelantrieb für die motorische Verstellung des Verschlusselements vorgesehen ist. Auf alle Ausüfhrungen, die geeignet sind, die Verschlusselementanordnung zu erläutern, darf verwiesen werden.
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Nach der bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 10 handelt es sich bei dem Verschlusselement um eine Heckklappe, einen Heckdeckel, eine Tür, eine Motorhaube o. dgl. eines Kraftfahrzeugs.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
- 1 in einer ganz schematischen Darstellung den Heckbereich eines Kraftfahrzeugs mit einer Heckklappe, die mit einem vorschlagsgemäßen Spindelantrieb ausgestattet ist,
- 2 den Spindelantrieb gemäß 1 in der eingefahrenen Stellung in einer geschnittenen Seitenansicht,
- 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schraubendruckfeder für den Spindelantrieb gemäß 1 ,
- 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schraubendruckfeder für den Spindelantrieb gemäß 1 und
- 5 in a) eine schematische Darstellung des Windungsverlaufs der Schraubendruckfeder gemäß 4 im unmontierten Zustand und in b) eine schematische Darstellung des Windungsverlaufs der Schraubendruckfeder im eingebauten Zustand.
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Der in der Zeichnung dargestellte Spindelantrieb dient der motorischen Verstellung eines als Heckklappe ausgestalteten Verschlusselements 1. Dies ist zwar vorteilhaft, aber nicht beschränkend zu verstehen. Vielmehr lässt sich der vorschlagsgemäße Spindelantrieb für alle möglichen Verschlusselemente eines Kraftfahrzeugs einsetzen, wie weiter unten noch erläutert wird.
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Der Spindelantrieb ist mit einem Antriebsmotor 2, einem dem Antriebsmotor 2 nachgeschalteten Spindel-Spindelmutter-Getriebe 3 zur Erzeugung linearer Antriebsbewegungen und mit zwei Anschlüssen 4, 5 zum Ausleiten der Antriebsbewegungen ausgestattet. Zwischen den Antriebsmotor 2 und das Spindel-Spindelmutter-Getriebe 3 ist hier und vorzugsweise ein Zwischengetriebe 6 geschaltet.
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Der Spindelantrieb weist eine auf die sich in Axialrichtung erstreckende Spindellängsachse 7 ausgerichtete, einstückige Schraubendruckfeder 8 auf, die der Vorspannung des Spindelantriebs hier und vorzugsweise in die ausgefahrene Stellung dient. Grundsätzlich können hier auch mehrere Schraubendruckfedern Anwendung finden.
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Der Schraubendruckfeder 8 des vorschlagsgemäßen Spindelantriebs kommt insbesondere im Anwendungsbereich der motorischen Verstellung von Heckklappen besondere Bedeutung zu. Sie wirkt der Gewichtskraft der Heckklappe 1 entgegen. Vorzugsweise ist die Schraubendruckfeder 8 im Hinblick auf die Gewichtskraft der Heckklappe 1 so ausgelegt, dass der resultierende Zustand einem Gleichgewichtszustand so nahe wie möglich kommt. Im Sinne einer optimalen Annäherung können, wie oben angesprochen, mehrere, insbesondere unterschiedliche, Schraubendruckfedern 8 vorgesehen sein. Im Folgenden ist stellvertretend für ggfs. mehrere Schraubendruckfedern 8 nur von einer einzigen Schraubendruckfeder 8 die Rede.
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Es lässt sich den Darstellungen in den 3 bis 6 entnehmen, dass die vorschlagsgemäße Schraubendruckfeder 8 von der üblichen Ausgestaltung insoweit abweicht, als sie Federwindungen 9 mit variierendem Windungsradius innerhalb der Federwindung 9 aufweist. Eine solchermaßen ausgestattete Schraubendruckfeder 8 passt sich aufgrund der variierenden Windungsradien mindestens einer der Federwindungen 9, insbesondere aller Federwindungen 9, besonders optimal auf die im Spindelantrieb herrschenden geometrischen Gegebenheiten bzw. die damit verbunden Toleranzen an.
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Um die vorschlagsgemäße Lehre besser darstellen zu können, werden zunächst die oben angesprochenen, im Spindelantrieb herrschenden geometrischen Gegebenheiten erläutert.
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2 zeigt, dass der vorschlagsgemäße Spindelantrieb ein Gehäuse 10 aufweist, in dem das Spindel-Spindelmutter-Getriebe 3, die Schraubendruckfeder 8 und der Antriebsmotor 2 angeordnet sind. Entsprechend findet sich auch das oben angesprochene Zwischengetriebe 6 im Gehäuse 10. Grundsätzlich können der Antriebsmotor 2 und/oder das Zwischengetriebe 6 sowie weitere Antriebskomponenten wie Kupplungen o. dgl. auch außerhalb des Gehäuses 10 angeordnet sein. Ggfs. ist dann ein weiteres Gehäuse für die Antriebskomponenten vorgesehen.
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Die Detaildarstellung in 2 zeigt, dass das Gehäuse 10 ein mit einem der beiden Anschlüsse 4, 5 verbundenes Innenrohr 10a und ein mit dem jeweils anderen der Anschlüsse 4, 5 verbundenes, hier und vorzugsweise teleskopartig gegenüber dem Innenrohr 10a verschiebbares, Außenrohr 10b aufweist. Die Spindel 11 des Spindel-Spindelmutter-Getriebes 3 ist gegenüber einem der beiden Anschlüsse 4, 5, hier und vorzugsweise gegenüber dem mit dem Innenrohr 10a verbundenen Anschluss 4, axialfest und drehbar gelagert. Die Spindelmutter 12 des Spindel-Spindelmutter-Getriebes 3 ist dagegen mit dem jeweils anderen der Anschlüsse 4, 5, hier und vorzugsweise mit dem mit dem Außenrohr 10b verbundenen Anschluss 5, über ein Führungsrohr 13 verbunden, wobei je nach Stellung des Spindelantriebs ein Spindelabschnitt außerhalb des Führungsrohrs 13 und ein Spindelabschnitt innerhalb des Führungsrohrs 13 gelegen ist.
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Die Schraubendruckfeder 8 umschließt die Spindel 11 und erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Spindel 11. Denkbar ist, dass sich die Schraubendruckfeder 8 auch nur über einen Längenabschnitt der Spindel 11 erstreckt. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel geht damit einher, dass die Schraubendruckfeder 8 auch das Führungsrohr 13 umschließt und dass sich die Schraubendruckfeder 8 über die gesamte Länge des Führungsrohrs 13 erstreckt. Auch hier kann es vorgesehen sein, dass sich die Schraubendruckfeder 8 nur über einen Längenabschnitt des Führungsrohrs 13 erstreckt.
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Das Führungsrohr 13 bildet einerseits innenseitig eine zusätzliche Führung für die Spindel 11 des Spindel-Spindelmutter-Getriebes 3, andererseits außenseitig eine Führung für die Schraubendruckfeder 8. Wie 2 außerdem zeigt, verläuft radial außerhalb der Schraubendruckfeder 8 das Gehäuse 10, wobei sich im eingefahrenen Zustand des Spindelantriebs das Innenrohr 10a über den größten Teil der Länge der Schraubendruckfeder 8 erstreckt. Das Detail in 2 zeigt, dass die vorschlagsgemäß eingesetzte Schraubendruckfeder 8 so geformt ist, dass sie hier und vorzugsweise auf der linken Seite mit ihrer Innenseite an der Außenseite des Führungsrohrs 13 und auf der rechten Seite mit ihrer Außenseite an der Innenseite des Gehäuses 10, insbesondere des Innenrohrs 10a, anliegt. Aufgrund der besonderen Gestalt der Schraubendruckfeder 8 wechselt die Anlage der Schraubendruckfeder 8 mehrmals über dessen Umfangsrichtung, insbesondere in regelmäßigen Winkelabständen, zwischen einer Anlage an der Außenseite des Führungsrohrs 13 und einer Anlage an der Innenseite des Gehäuses 10, insbesondere des Innenrohrs 10a.
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Zu diesem Zweck weist die Schraubendruckfeder 8 eine oder mehrere Federwindungen 9 auf, bei denen der Windungsradius innerhalb der Federwindung 9 variiert, d. h. einen oder mehrere Abschnitte mit einem größeren Windungsradius und einen oder mehrere Abschnitte mit einem kleineren Windungsradius aufweist.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 3 weist die Schraubendruckfeder 8 Federwindungen 9 mit drei Abschnitten 9a mit einem größeren Windungsradius und drei Abschnitten 9b mit einem kleineren Windungsradius auf. Hier und vorzugsweise weisen die Abschnitte 9a mit dem größeren Windungsradius alle denselben Windungsradius und dieselbe Krümmung auf. Entsprechendes gilt auch für die Abschnitte 9b mit dem kleineren Windungsradius, die ebenfalls alle denselben Windungsradius und dieselbe Krümmung aufweisen. Auf diese Weise ergibt sich ein Verlauf mit sich periodisch abwechselden Windungsradien.
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Die Federwindungen 9 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 haben dabei, in Axialrichtung betrachtet, den Verlauf einer Hypotrochoide, die keine Selbstschnittpunkte aufweist, d. h., innerhalb der jeweiligen Federwindung überkreuzt sich der Windungsverlauf nicht. Wie 3b) zeigt, hat die hier gewählte Hypotrochoide im Wesentlichen den Verlauf eines Dreiecks mit nach außen gewölbten Seiten, ähnlich einem Reuleaux-Dreieck, wobei hier aber die Ecken des Dreiecks abgerundet sind. Wie 3b) ebenfalls zeigt, berührt die Schraubendruckfeder 8 mit ihrer Außenseite die Innenseite des Gehäuses 10 bzw. Innenrohrs 10a in Winkelabständen von 120°. Jede Federwindung 9 berührt damit das Gehäuse 10 bzw. Innenrohr 10a an den drei um jeweils 120° versetzten Winkelpositionen 14a, 14b, 14c. Um jeweils einen Winkelabstand von 60° versetzt, berührt die Schraubendruckfeder 8, ebenfalls in Winkelabständen von 120°, mit ihrer Innenseite die Außenseite des Führungsrohrs 13. Dabei berührt jede Federwindung 9 das Führungsrohr 13 an den um jeweils 120° versetzten Winkelpositionen 15a, 15b, 15c.
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Das Ausführungsbeispiel in 4 zeigt eine Schraubendruckfeder 8 nach demselben Grundprinzip, wie es der Schraubendruckfeder 8 in 3 zugrundeliegt, weshalb insoweit auf die vorangehenden Ausführungen zu dem Ausführungsbeispiel in 3 verwiesen werden darf. Insbesondere haben auch hier die Federwindungen 9, in Axialrichtung betrachtet, den Verlauf einer Hypotrochoide. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in 3 weist die Hypotrochoide hier allerdings drei Selbstschnittpunkte auf, d. h. innerhalb der Federwindung überkreuzt sich der jeweilige Windungsverlauf an drei Stellen, so dass die Federwindung 9 drei Schlaufen bildet.
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Durch diesen spezielle Verlauf berührt die Schraubendruckfeder mit ihrer Außenseite die Innenseite des Gehäuses 10 bzw. Innenrohrs 10a und in derselben Winkelposition mit ihrer Innenseite die Außenseite des Führungsrohrs 13, beides jeweils an drei jeweils um 120° versetzten Winkelpositionen.
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In beiden Ausführungsbeispielen gemäß 3 und 4 berührt die Schraubendruckfeder 8 das Gehäuse 10, insbesondere das Innenrohr 10a, immer mit den Abschnitten 9b, die den kleineren Windungsradius aufweisen. Entsprechend berührt die Schraubendruckfeder 8 das Führungsrohr 13 immer mit den Abschnitten 9a, die den größeren Windungsradius aufweisen.
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In den 5a) und b) ist schließlich schematisch dargestellt, dass sich Schraubendruckfedern 8 mit dem beschriebenen Aufbau, insbesondere mit einem Windungsverlauf einer Hypotrochoide, optimal an unterschiedliche Durchmesser des Führungsrohrs 13 und/oder Gehäuses 10 anpassen und Toleranzen optimal ausgleichen können. Auch können sich solche Schraubendruckfedern 8 durch die spezielle Form an unterschiedlich breite Ringräume zwischen Führungsrohr 13 und Gehäuse 10 anpassen.
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Nach einer weiteren Lehre, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine in 1 dargestellte Verschlusselementanordnung eines Kraftfahrzeugs als solche beansprucht. Die vorschlagsgemäße Verschlusselementanordnung weist ein mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verstellbar gekoppeltes Verschlusselement 1 sowie mindestens einen vorschlagsgemäßen Spindelantrieb für die motorische Verstellung des Verschlusselements 1 auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verschlusselement 1 eine Heckklappe, kann aber auch von einem Heckdeckel, einer Tür, einer Motorhaube o. dgl., eines Kraftfahrzeugs gebildet werden. Auf alle Ausführungen zu dem vorschlagsgemäßen Spindelantrieb darf verwiesen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202009006216 U1 [0003]